背景介绍

荧光性能大幅提升，器件性能却倒退——这是二维材料酸处理研究中长期存在的"光电权衡"困境。二维过渡金属硫化物（2D TMDs）本是下一代光电子器件的有力候选，但材料制备过程中引入的高密度硫空位（~10¹²–10¹³ cm⁻²）作为非辐射复合中心，严重制约其发光效率、载流子迁移率及探测器响应速度。酸处理虽能将单层MoS₂或WS₂的光致发光量子产率从不足1%提升至近100%，却往往以电学性能退化为代价：场效应晶体管迁移率显著下降，开态电流减小，阈值电压发生偏移。十年间，超强酸、强酸、弱酸、路易斯酸乃至非酸性类似物相继被报道，但不同酸分子为何产生截然相反的光电响应？权衡困境背后的物理根源是什么？如何打破"光增强、电退化"的魔咒，实现二者协同优化？这些问题始终悬而未决。为此，亟需厘清酸处理过程中钝化与掺杂的竞争路径，揭示电学退化的物理根源，并探索光电性能解耦的有效策略。

成果简介

本综述从缺陷物理出发，厘清硫空位作为酸处理核心靶点的依据，系统归纳从超强酸到非酸性类似物等十余种酸处理体系的发光增强效果，并剖析学术界长期争议的三种钝化机制——H⁺主导、阴离子基团主导及二者协同作用。一个关键发现是，非酸性分子TFEA即便不含传统酸性基团，仍能显著增强发光，表明现有理论模型尚不完善。该综述的核心突破在于揭示"光电权衡"的本质：硫空位介导的跳跃输运模型表明，权衡并非技术缺陷，而是缺陷操控的固有物理后果，即钝化虽消除发光损耗，却切断跳跃导电通路。弱酸体系的发光增强可归因于硫空位介导的跳跃输运模型下的单一钝化效应，而强酸处理则需额外考虑高浓度H⁺对金属电极的腐蚀作用及其引发的器件退化，这使得两类体系的缺陷钝化路径与失效机制在物理本质上存在显著差异。基于此，综述从两个维度提出破解路径：一是"钝化+掺杂"分步策略（硫醇-酸两步法、栅压辅助注入），二是从源头规避电极腐蚀的替代方案（接触电极保护、器件构型优化与路易斯酸掺杂）。此外，综述还展望机器学习辅助缺陷表征等未来方向，为TMDs缺陷工程从实验室走向应用提供系统性的理论指引。

图文导读

本综述系统讨论酸处理对2D TMDs光电性质的调控机制，涵盖从超强酸到非酸性类似物等十余种处理体系的发光增强效果，以及这些体系在光电器件中的应用。围绕超酸及其类似物，综述深入剖析荧光增强的两大核心机制——缺陷钝化与p型掺杂，并通过硫空位介导的跳跃输运模型，从沟道输运层面揭示"光电权衡"的物理本质。同时，酸处理对器件性能的影响还涉及接触电极腐蚀与沟道载流子浓度调控等多个环节。在此基础上，综述从电极保护、器件构型优化、硫醇-酸两步法、栅压辅助注入等角度提出协同优化方案，为突破"光增强、电退化"的困境提供可行方案。此外，综述还涵盖机器学习辅助原子级缺陷表征、跨类型缺陷反应活性的普适性探索，并对环境稳定性、热兼容性、可扩展性等实际应用瓶颈进行系统分析，为二维TMDs缺陷工程从实验室基础研究走向下一代高性能光电器件应用提供系统性理论指引。

作者简介

冯秋实，内江师范学院物理与电子信息工程学院讲师。主要从事二维硫化物半导体的缺陷修复及光电物性调控研究，相关成果以第一作者身份发表于Laser Photonics Rev.、ACS Photonics、Nanoscale等期刊，共发表论文3篇，并获授权国家发明专利1项。参与国家自然科学基金面上项目、吉林省重点项目等课题。

李远征，东北师范大学物理学院副教授，博士生导师。研究方向为二维半导体光电子器件与光物理，以第一或通讯作者在Light Sci. Appl.、Nano Lett.、Nano Res.、ACS Nano、Adv. Funct. Mater. 等期刊发表论文27篇，担任PhotoniX Synergy、ChemPhysMater等期刊青年编委，主持国家自然科学基金面上及青年项目，吉林省优秀青年基金等多个课题。

刘为振，东北师范大学物理学院教授，博士生导师，国家重点研发计划青年科学家项目首席，主要从事低维光电半导体材料与器件物理研究，在宽禁带氧化物半导体材料与器件、新型层状半导体材料合成与物性研究等领域开展了系列创新性研究工作；相关结果以第一或通讯作者发表于 Light Sci. Appl.、Nano Lett.、ACS Nano、Appl. Phys. Rev.、Adv. Funct. Mater.等期刊60余篇，h-index 33；担任 Infomat、Nano-Micro Letters 等期刊青年编委，中青科协、中国物理学会、中国光学学会会员；授权国家发明专利5项；主持国家重点研发计划青年科学家项目、国家自然科学基金面上项目、青年项目，吉林省重点项目等课题，以第一完成人获2025年吉林省自然科学奖二等奖。

文章信息

Feng Q, Li Y, Liu W. Engineering optoelectronic properties of two-dimensional transition metal dichalcogenides via acid treatment: defect manipulation mechanisms and the optical–electrical trade-off. Nano Research, 2026, https://doi.org/10.26599/NR.2026.94909086.

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